RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Interakcje biomolekuł, takie jak interakcje białko-białko, są molekularną podstawą funkcji biologicznych. Jeśli uda się wyizolować mutanty bez interakcji/upośledzone, które specyficznie nie mają odpowiedniej interakcji, znacznie pomogą one w zrozumieniu funkcji tej interakcji. W tym artykule przedstawiono skuteczny sposób izolowania mutantów bez interakcji/z upośledzeniem.
Interakcje białko-białko są jednym z najbardziej podstawowych procesów leżących u podstaw zjawisk biologicznych. Jednym z najprostszych i najlepszych sposobów zrozumienia roli i funkcji określonej interakcji białko-białko jest porównanie fenotypu dzikiego (z odpowiednią interakcją białko-białko) i fenotypów mutantów, które nie mają odpowiedniej interakcji. Dlatego, jeśli takie mutanty można wyizolować, pomogą one wyjaśnić powiązane procesy biologiczne. Procedura dwuhybrydowa (Y2H) drożdży jest skutecznym podejściem nie tylko do wykrywania interakcji białko-białko, ale także do izolowania mutantów o zerowej/upośledzonej interakcji. W tym artykule przedstawiono protokół izolacji mutantów o zerowej interakcji/upośledzonych przy użyciu technologii Y2H. Po pierwsze, biblioteka mutacji jest konstruowana poprzez połączenie reakcji łańcuchowej polimerazy i wydajnej technologii bezszwowego klonowania, która skutecznie wyklucza pusty wektor z biblioteki. Po drugie, mutanty bez interakcji/z upośledzoną interakcją są badane przesiewowo za pomocą testu Y2H. Ze względu na sztuczkę w wektorze Y2H, niepożądane mutanty, takie jak te z mutacjami z przesunięciem ramki odczytu i nonsensownymi mutacjami, są skutecznie eliminowane z procesu przesiewowego. Strategia ta jest prosta i dlatego może być stosowana do dowolnej kombinacji białek, których interakcja może być wykryta przez system dwuhybrydowy.
Interakcje między biomolekułami są najbardziej podstawową częścią zjawisk biologicznych. Oddziaływania białko-białko stanowią istotną część takich interakcji. W związku z tym identyfikacja partnera (partnerów) interakcji białka będącego przedmiotem zainteresowania ma kluczowe znaczenie dla dalszego wyjaśnienia funkcji białka/genu będącego przedmiotem zainteresowania. Metoda dwuhybrydowa drożdży (Y2H) jest popularną techniką identyfikacji interakcji białko-białko in vivo1. W tym systemie dwa białka (X i Y), których interakcja ma być badana, są połączone odpowiednio z domeną wiążącą DNA (DB) i domeną aktywacji transkrypcyjnej (AD). Białko fuzyjne DB-X wiąże się z sekwencją rozpoznającą domenę DB; w związku z tym, gdy białka X i Y oddziałują na siebie, białko fuzyjne AD-Y znajduje się w pobliżu sekwencji rozpoznawania. W związku z tym aktywowana jest transkrypcja genu reporterowego za sekwencją rozpoznawania. W związku z tym obecność lub brak aktywności genu reporterowego może być wykorzystana do określenia obecności lub braku interakcji białko-białko1.
Po zidentyfikowaniu konkretnego partnera interakcji interesującego białka, należy przeprowadzić dalsze analizy, aby wyjaśnić biologiczną funkcję tej interakcji. W tym celu, jeśli uda się wyizolować mutanty białek, które upośledzają lub usuwają specyficzną interakcję białko-białko, posłużą one jako potężne narzędzia. System Y2H może być używany bezpośrednio do izolowania takich mutantów poprzez badania przesiewowe klonów "ujemnych pod względem interakcji", zaczynając od klonu typu dzikiego "dodatniego pod względem interakcji". Aby przyspieszyć ten proces, opracowano systemy "odwrócone" Y2H (rY2H)2,3. W systemach rY2H szczepy drożdży gospodarza zawierają geny markerowe podlegające kontrselekcji jako geny reporterowe, co oznacza, że komórki drożdży rosną tylko wtedy, gdy białka AD-Y i DB-X nie wchodzą w interakcje.
Chociaż zarówno systemy Y2H, jak i rY2H pozwalają na izolację mutantów negatywnych pod względem interakcji, proces izolowania mutantów jest pracochłonny, ponieważ nie wszyscy kandydaci uzyskani przez badania przesiewowe posiadają pożądany typ mutacji (zwykle mutacje typu missense). Najpoważniejszym problemem jest to, że znaczna część kandydatów jest nosicielami mutacji z przesunięciem ramki odczytu lub mutacji nonsensownych i konieczne jest przeprowadzenie western blotting w celu wykluczenia niepożądanych klonów. Aby przezwyciężyć ten problem, opracowano nowe wektory plazmidowe4. W tych wektorach KanMX, marker oporności na leki, jest umieszczony poza ramką za domeną DB lub AD. Gen markerowy staje się w ramce z domeną DB lub AD tylko wtedy, gdy wstawiony jest gen będący przedmiotem zainteresowania. Gdy losowa mutacja (mutacje) zostanie wprowadzona do genu będącego przedmiotem zainteresowania, niepożądane mutanty, takie jak te z mutacjami z przesunięciem ramki odczytu lub mutacjami nonsensownymi, mogą być łatwo wyeliminowane przez przeprowadzenie selekcji oporności na leki, a kandydaci z pożądanymi mutacjami missense mogą być łatwo zidentyfikowani za pomocą Y2H screen4. W artykule przedstawiono protokół izolacji mutantów o zerowej/upośledzonej interakcji białka będącego przedmiotem zainteresowania przy użyciu tej strategii.
1. Budowa biblioteki mutantów
2. Transformacja drożdży za pomocą biblioteki mutantów i posiewu repliki
3. Test koloru Y2H
4. Odzyskiwanie i potwierdzanie kandydatów na klony
Ostatnio odkryto, że C-końcowa połowa białka Pol2 (Pol2-C) oddziałuje z Mcm10. Oba białka są niezbędne do inicjacji replikacji DNA, a tym samym do wzrostu komórek w pączkujących drożdżach Saccharomyces cerevisiae13,14,15. Aby pomóc w zrozumieniu biologicznego znaczenia tej interakcji, mutanty Pol2-C, które nie mają interakcji z Mcm10 lub mają ją zmniejszoną przy użyciu metody opisanej tutaj.
Biblioteka mutacji została skonstruowana zgodnie z metodą opisaną w kroku 1. Fragmenty DNA Pol2-C amplifikowano polimerazą GoTaq i sklonowano do wektora Gal4AD (pST2525) przy użyciu enzymu In-Fusion. Liczbę niezależnych klonów w bibliotece oszacowano na 5000.
Jak opisano w kroku 2, DNA plazmidu z biblioteki zostało wprowadzone do szczepu gospodarza Y2H TAT-7, który został wstępnie przekształcony za pomocą plazmidu LexA-Mcm10. Komórki rozprowadzono na płytce SC-LW i zreplikowano na płytki SC-LW i SC-LW+G418 następnego dnia. Kontrpróby poddano testowi barwy opisanemu w kroku 3. Niektóre z wyników testu koloru są pokazane w Rysunek 1C.
Czterdzieści siedem kolonii, które były białe w teście koloru i odporne na G418, zostało wyizolowanych jako pierwsi kandydaci z około 8500 transformantów. Zostały one ponownie przetestowane za pomocą testu koloru i potwierdzono, że 25 z 47 klonów jest białych (Rysunek 2A). Te 25 klonów zostało zachowanych jako kandydaci. Kandydujące plazmidowe DNA pobrano od każdego z 25 kandydatów, jak opisano w kroku 4. Zostały one ponownie wprowadzone do komórek gospodarza drożdży Y2H zawierających LexA-Mcm10 i przetestowane za pomocą testu koloru, a następnie wybrano 16 klonów, które nie miały koloru. Aby jeszcze bardziej potwierdzić, że były to mutanty Missense Pol2-C, ekspresję białka Pol2-C potwierdzono za pomocą western blot. Dwunastu kandydatów wykazywało prążek w pozycji, która była prawie taka sama jak w kontroli pozytywnej (białko fuzyjne Gal4AD-HA-Pol2-C-KanMX, obliczone m.w.: 158,8 kDa) (Figura 2B). Test koloru wykazał, że te 12 klonów nie wchodziło w interakcje z Mcm10 (Rysunek 2C). Po określeniu sekwencji nukleotydowych tych klonów potwierdzono, że wszystkie z nich miały mutację (mutacje) typu missense. Liczba mutacji typu missense wahała się od jednego do pięciu (dane nie pokazane). Średnio na 1000 zasad występowała około jedna mutacja typu missense.

Rysunek 1: Schematy podejścia opartego na Y2H do badania przesiewowego mutantów o zerowej/upośledzonej interakcji. (A) System Y2H. (B) Strategia izolowania mutantów o zerowej/upośledzonej interakcji. 1: Nowo skonstruowany wektor Y2H zawiera kopię genu KanMX poniżej znacznika Y2H, domeny DB i AD. Co ważne, ten gen KanMX nie ma kodonu start i jest poza ramką ze znacznikiem Y2H. Dlatego nie oczekuje się, że gen KanMX zostanie wyrażony z tego wektora. Kiedy fragment DNA amplifikowany PCR jest wprowadzany do wektora, gen KanMX znajduje się w ramce ze znacznikiem Y2H i ulega ekspresji. W związku z tym tylko plazmidy zawierające wstawkę typu dzikiego lub wstawkę z mutacją typu missense mogą wyrażać gen KanMX, który nadaje oporność na G418. Plazmidy z mutacją nonsensowną lub mutacją (mutacjami) przesunięcia ramki odczytu nie mogą wyrażać genu KanMX. 2: Biblioteka mutantów skonstruowana w kroku 1 jest wprowadzana do komórek drożdży gospodarza Y2H. Kiedy pojawiają się transformanty, powstają repliki. Porównując ekspresję genu reporterowego (genów) i oporność na G418, można wybrać kandydatów mutantów o zerowej interakcji/upośledzonych. (C) Przykład badania przesiewowego. Biblioteka plazmidowa, która zawierała Gal4-AD i zmutagenizowany PCR fragment DNA Pol2-C, została wprowadzona do szczepu gospodarza Y2H TAT-7, który został wstępnie przekształcony plazmidem LexA-Mcm10. Pokazano obrazy komórek przed (po lewej) i po (w środku) testu barwy oraz komórek wyhodowanych na płytce SC-LW+G418 (po prawej). Przykłady kandydatów mutantów bez interakcji/upośledzonych i fałszywych kandydatów są oznaczone odpowiednio białymi i czarnymi grotami strzałek. (D) sekwencja DNA wokół miejsca klonowania wektorów Y2H, wektorów AD (na górze) i DB (na dole). Pokazana jest sekwencja od ostatnich dziesięciu aminokwasów (aa) znacznika Y2H (czerwony) do części odpowiadającej pierwszym dziesięciu atomom KanMX (zielony). Pokazane są również miejsca rozpoznania SmaI i BamHI. Pozycje starterów PCR są pokazane na dole, gdy miejsce BamHI jest używane jako miejsce klonowania. Te same startery stosuje się do klonowania interesującego genu do innych plazmidów (pST2303/2523). Ten rysunek został zmodyfikowany z Tanaka et al.4. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Przykład procesu przesiewowego mutantów bez interakcji/upośledzonych. (A) 47 kolonii wyizolowanych jako kandydujące klony, jak pokazano w Rysunek 1C, zostało ponownie wyhodowanych na pożywce SC-LW zawierającej G418 i poddanych testowi koloru. +: kontrola dodatnia (Wt Pol2-C), -: kontrola ujemna (wektor). Kandydujące klony o numerach 1-25 zostały wyhodowane w celu odzyskania plazmidów. (B) Plazmidy odzyskano z każdego kandydującego klonu w (A), wprowadzono do komórek gospodarza Y2H i ponownie poddano testowi koloru. Szesnaście z nich było białych (brakowało im koloru). Przygotowano z nich ekstrakty z całych komórek i przeprowadzono western blot przeciwciałem monoklonalnym anty-HA. Liczba na panelu odpowiada liczbie w (A). Przeprowadzono analizy kilku niezależnych klonów plazmidów odzyskanych od każdego kandydata, z wyjątkiem #6. (C) Wyniki testu barwy dla końcowych 12 klonów. Numery odpowiadają numerom w (A). #16, który zachował interakcję z Mcm10, został użyty jako kontrola pozytywna w teście koloru. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
| nazwa | Domena Y2H | Marker (drożdże) | Marker (E. coli) | uwaga | odniesienie |
| pST2303 | powiedział:Baza danych (LexA) | TRP1 | powiedział:Ampicyliny | Brak wycieków KanMX | 4 |
| pST2523 | powiedział:Baza danych (LexA) | TRP1 | powiedział:Streptomycyny | Brak wycieków KanMX | Ta praca |
| Zobacz materiał pST2302 | AD (Gal4) | LEU2 (klasa LEU2 | )Ampicyliny | Wyciek KanMX | 4 |
| pST2525 | powiedział:AD (Gal4) | LEU2 (klasa LEU2 | )Ampicyliny | Z pST2302 usunięto wiele fragmentów NotI zawierających loxP. Wyciek KanMX | Ta praca |
| pST2527 | powiedział:AD (Gal4) | LEU2 (klasa LEU2 | )Streptomycyny | Wyciek KanMX | Ta praca |
Tabela 1: Lista wektorów Y2H zawierających KanMX poza ramką ze znacznikiem Y2H.
Plik uzupełniający 1: Przykład mieszanin PCR, szczegóły startera i warunki reakcji. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
Autorzy oświadczają, że nie ma dla nich konfliktu interesów.
Interakcje biomolekuł, takie jak interakcje białko-białko, są molekularną podstawą funkcji biologicznych. Jeśli uda się wyizolować mutanty bez interakcji/upośledzone, które specyficznie nie mają odpowiedniej interakcji, znacznie pomogą one w zrozumieniu funkcji tej interakcji. W tym artykule przedstawiono skuteczny sposób izolowania mutantów bez interakcji/z upośledzeniem.
Y. Tanaka przeprowadził techniczne ulepszenie Y2H. Prace te są wspierane przez JSPS KAKENHI Grant Number JP22K06336 oraz Instytut Fermentacji w Osace.
| 0.5 M EDTA (8.0) | Nacalai Tesque Inc. | 14347-21 | |
| 10% roztwór SDS | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 313-90275 | |
| 2-merkaptoetanol | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 135-07522 | |
| 2-propanol | Kishida Chemical Co., Ltd. | 110-64785 | |
| 5-bromo-4-chloro-3-indolilo-β-D-galaktopyranozyd (X-Gal) | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 021-07852 | |
| Agar | Formedium | AGR60 | |
| Ampicylina Sodowa | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 68-52-3 | |
| Znacznik anty-HA mAb-HRP-DirecT | Medycyna & Laboratoria Biologiczne Co. Sp. z o.o. | DNA M180-7 | |
| z jąder łososia | Merck KGaA. | D1626 | |
| Etanol | Merck KGaA. | 9-0770-4-4L-J | |
| Bibuła filtracyjna do podnoszenia kolonii (klasa 50) | Whatman, Cytiva | 1450-090 | |
| Bibuła filtracyjna do podnoszenia kolonii (nr 4A) | Advantec Toyo Kaisha, Ltd. | 01411090 | |
| Bibuła filtracyjna do replikowania (nr 1) | Advantec Toyo Kaisha, Ltd. | 00011150 | |
| Siarczan G-418 | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 075-05962 | |
| Kwas solny | Kishida Chemical Co., Ltd. | 230-37585 | |
| KCl | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 163-03545 | |
| Octan litu dwuwodny | Nacalai Tesque Inc. | 20604-22 | |
| MgSO4 byk; 7H2O | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 131-00405 | |
| Na2HPO4&byk; 12H2O | Nacalai Tesque Inc. | 10039-32-4 | |
| NaCl | Nacalai Tesque Inc. | 31319-45 | |
| NaH2PO4&byk; 2H2O | Nacalai Tesque Inc. | 31717-25 | |
| Ręcznik papierowy | AS ONE Corp. | 7-6200-02 | |
| Fenol:Chloroform:Alkohol izoamylowy 25:24:1 | Nacalai Tesque Inc. | 25970-56 | |
| DNAs plazmidowe, | National BioResource Project - zestaw do izolacji plazmidu drożdży (https://yeast.nig.ac.jp/yeast/top.xhtml), | ||
| Nippon Genetics Co., Ltd. | FG-90502 | ||
| Glikol polietylenowy # 4,000 | Nacalai Tesque Inc. | 11574-15 | |
| SC double drop-out mix -Leu -Trp | Formedium | DSCK172 | |
| Bezszwowy zestaw do klonowania (montaż In-Fusion) | Takara Bio Inc. | #639648 | |
| Odtłuszczone mleko w proszku | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 190-12865 | |
| Siarczan streptomycyny | Fujifilm Wako Pure Chemical Corp. | 3810-74-0 | |
| Polimeraza Taq (GoTaq Green Master Mixes) | Promega Corp. | M7122 | |
| TRIS (hydroksymetylo)aminometan | Formedium | TRIS01 | |
| Triton X-100 | Nacalai Tesque Inc. | 12967-45 | |
| Trypton | ThermoFisher scientific Inc. | 211705 | |
| Tween 20 | Nacalai Tesque Inc. | 35624-15 | |
| Ekstrakt drożdżowy | ThermoFisher scientific Inc. | 212750 | |
| Drożdżowa zasada azotowa (YNB) | Formedium | CYN0210 | |
| Zymoliaza 100T | Nacalai Tesque Inc. | Numer katalogowy: 07665-55 |